内源反硝化与外碳源反硝化的速率差异及对AOA工艺的影响

（来源 微信视频号：WATERCNWW1985）

一、内源反硝化与外碳源反硝化的速率差异机制

 

碳源可利用性差异‌

内碳源（如细胞内PHAs）为固态慢速释放碳源，需通过水解酶分解后才能被反硝化菌利用，其反硝化速率通常为17-48 mg NO3-N/(g·d)‌；而外碳源（如甲醇、乙酸钠）为溶解性易降解有机物，反硝化速率可达120-900 mg NO3-N/(g·d)‌。这种差异源于底物传递效率：外碳源直接进入胞外代谢途径，而内碳源需跨膜运输及胞内转化，能量损耗更高‌。

 

底物饱和度的实验干扰‌

低浓度底物（如NOX<5 mg/L）条件下，反硝化速率可能受限于底物浓度而非碳源类型，此时内源与外碳源反硝化速率的差异可能被测试误差掩盖。但高负荷实验（如NOX>20 mg/L）下，外碳源反硝化速率仍显著高于内源‌。

 

微生物代谢活性限制‌

内源反硝化依赖微生物内源呼吸，其电子传递链效率较低。研究表明，添加胞外聚合物（EPS）作为氧化还原介体可提升内源反硝化速率42%，但仍无法达到外碳源水平‌。

 

二、AOA工艺中脱氮与除磷的竞争关系

 

碳源分配矛盾‌

AOA工艺通过厌氧-好氧-缺氧分段实现脱氮除磷，但内碳源（如PHAs）需优先用于释磷（厌氧段）和反硝化（缺氧段）。当碳源不足时，反硝化菌与聚磷菌（PAOs）的竞争会导致除磷效率下降‌。例如，厌氧区NO3-N>1.0 mg/L时，PAOs释磷速率降至2.4 mg/(g·d)‌。

 

泥龄调控的局限性‌

AOA工艺需长泥龄（SRT>20d）保障硝化菌优势，但长泥龄会促进聚糖菌（GAOs）增殖，进一步争夺碳源‌。实验表明，30℃下SRT≈10d时，GAOs对乙酸盐吸收速率高于PAOs，导致除磷率下降15%-20%‌。

 

动态平衡的可行性‌

通过优化分段进水比例（如60%碳源分配至反硝化段），可在保证TN去除率>80%的同时维持TP去除率>70%‌。但需精确控制DO（好氧段>2mg/L，缺氧段<0.5mg/L）及HRT（缺氧段≥4h）‌。

 

三、解决方案与工艺优化方向

 

碳源补充策略‌

 

固相碳源‌：如秸秆、生物炭等缓释碳源，可平衡反硝化与释磷需求‌；

EPS剥离技术‌：通过超声剥离活性污泥EPS（BOD5/COD≈0.45），提升内碳源利用率‌。

 

工艺耦合改进‌

 

AOA-MBR‌：膜分离延长SRT至30d，同时通过曝气控制DO<0.3mg/L，抑制GAOs‌；

短程硝化-反硝化‌：减少NO2-→NO3-的氧耗，降低碳源需求30%‌。

 

微生物强化‌

投加固定化反硝化菌（如Pseudomonas stutzeri）或PAOs菌剂，可提升反硝化速率至外碳源水平的70%-80%‌。

 

四、结论

 

内源反硝化速率受限于碳源释放机制，难以达到外碳源水平。AOA工艺中高效脱氮与除磷的协同需通过碳源精准投加（如EPS剥离‌）、工艺参数优化（如分段进水‌）及微生物强化实现。未来需开发低碳/零碳脱氮技术（如硫自养反硝化‌），以彻底解决碳源竞争矛盾。